[发明专利]面向电性能的空间网状天线关键动力学模态选取方法

摘要

本发明公开了一种面向电性能的空间网状天线关键动力学模态选取方法，包括：输入天线几何参数、材料参数、电参数与模态截断因子；计算理想天线远区电场；建立天线结构有限元模型；提取节点、单元与形函数信息；计算单元电性能一阶系数矩阵；组集总体电性能一阶系数矩阵；进行天线结构模态分析；输出模态矩阵；计算电性能对模态的一阶灵敏度；输出模态振型等效质量分数；计算电性能对模态的重要性因子；判断重要性因子是否大于模态截断因子；若满足则选取；否则舍弃。本发明克服了传统动力学模态选取方法的不足，实现了在模态选取过程中完整考虑各阶模态对天线电性能的影响，解决了面向电性能的空间网状天线关键动力学模态选取的问题。

主权项

面向电性能的空间网状天线关键动力学模态选取方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)输入天线几何参数、材料参数、电参数与模态截断因子输入用户提供的空间网状天线的几何参数、材料参数、电参数与模态截断因子；其中几何参数包括口径、焦距、偏置距离、前后网面最小距离；材料参数包括索结构、桁架结构以及金属丝网结构的材料密度、横截面积、杨氏弹性模量、泊松比；电参数包括工作波长、馈源参数、馈源初级方向图以及包括天线增益、波瓣宽度、副瓣电平、指向精度在内的电性能要求；模态截断因子为无量纲小数；(2)计算理想天线远区电场根据空间网状天线几何参数中的口径、焦距、偏置高度，电参数中的工作波长、馈源参数、馈源初级方向图，采用物理光学法计算理想天线远区电场；(3)建立天线结构有限元模型根据用户提供的空间网状天线几何参数、材料参数建立天线结构有限元模型，其中索结构采用只受拉的杆单元进行建模，桁架结构采用梁单元进行建模，金属丝网结构采用壳单元进行建模；(4)提取节点、单元与形函数信息以建立的结构有限元模型为基础，提取有限元模型中处于电磁波照射下的反射面部分的节点、单元和形函数信息；(5)计算单元的电性能一阶系数矩阵表示单元e的电性能一阶系数矩阵，上标e表示从步骤(4)中提取的结构有限元模型中某一单元；(6)组集总体电性能一阶系数矩阵通过下式组集总体电性能一阶系数矩阵：其中，G表示总体电性能一阶系数矩阵，表示单元e的电性能一阶系数矩阵，上标e表示从步骤(4)中提取的结构有限元模型中某一单元，m表示单元总数，A表示有限元组集运算；(7)进行天线结构模态分析根据天线结构有限元模型，进行天线结构模态分析，确定天线结构无阻尼自由振动的各阶振动频率和对应的阵型模态向量与模态振型等效质量分数；(8)输出模态矩阵将天线结构的振型模态向量按列存放在模态矩阵中，并将其输出；(9)计算电性能对模态的一阶灵敏度9a)通过下式计算电性能对模态坐标的一阶导数列向量：Gq＝ΦT·G其中，Gq为电性能对模态坐标的一阶导数列向量，下标q表示模态坐标，Φ为步骤(8)输出的模态矩阵，上标T表示转置运算，G为步骤(6)得到的总体电性能一阶系数矩阵；9b)通过下式计算电性能对模态的一阶灵敏度：其中，Dq表示电性能对模态的一阶灵敏度，下标q表示模态坐标，π表示圆周率，R表示远场观察点位置矢量幅度，η表示自由空间波阻抗，P表示步骤(1)中馈源参数计算得到的总辐射功率，E0表示步骤(2)得到 的理想天线远区电场，Gq为步骤(9a)得到的电性能对模态坐标的一阶导数列向量，上标*表示共轭运算，上标T表示转置运算；(10)输出模态振型等效质量分数根据天线结构有限元模型与步骤(7)的模态分析结果，输出模态振型等效质量分数；(11)计算电性能对模态的重要性因子通过下式计算电性能对模态的重要性因子：ζ＝γ·Dq其中，ζ为电性能对模态的重要性因子，γ为步骤(10)得到的模态振型等效质量分数，Dq为步骤(9)得到的电性能对模态的一阶灵敏度；(12)判断重要性因子是否大于模态截断因子判断重要性因子是否大于步骤(1)输入的模态截断因子，如果大于，则满足模态截断要求，转至步骤(13)，否则转至步骤(14)；(13)选取满足截断要求的模态当重要性因子大于模态截断因子时，选取满足截断要求的模态；(14)舍弃不满足截断要求的模态当重要性因子不大于模态截断因子时，舍弃不满足截断要求的模态。